狀態監測與故障診斷網絡系統在設備管理中的應用

         一、前言
        企業管理的現代化必然要以設備的現代化作為其重要組成部分，而機械設備狀態監測與故障診斷技術在設備管理與維修現代化中占有重要的地位，為了做到對設備的預防維修，從設備維修的角度，首先必須建立起與設備有關的狀態監測與診斷技術體系，即必須根據被診斷的對象設備自身的重要性選定相應的監測方法和儀器設備。這有多種配置，其中用于現場的數據采集器，并配有數據處理、分析和診斷的計算機系統在我國已經開展狀態監測與故障診斷工作的工廠企業中約占70%以上，離線監測與診斷系統似乎是企業剛開展狀態監測與故障診斷工作的切入點，這是因為數據采集器小巧便攜、操作簡便，不僅可以記錄特征量值，而且可以記錄時間波形和進行頻譜分析，集測量、記錄和頻譜分析儀的多項功能于一體;而計算機終端的分析軟件則可完成數據庫建立，巡檢路徑組態，并可針對各個不同設備進行分析診斷和趨勢預報。因此采用先進的技術和手段進行設備管理是提高設備使用效率以獲得最大的企業效益的良好途徑。
        在人類生產發展史上，設備管理中維修體制的發展經歷了從不定期到定期，又到不定期這樣幾個階段，它反應了人們在生產實踐中不斷的尋求最好的設備管理方法和最合理的設備維修體制以取得最大的經濟效益的進步過程。
        事后維修方式時代對發生事故難以預料，并往往會造成設備的嚴重損壞，既不安全而且又延長了維修時間，修理費用反而加大。
        計劃維修是建立在設備故障率的統計分析基礎上的，其檢修期遠遠小于最短故障期，因此可以保證不會出現設備損壞的嚴重故障，但是往往要使還能運行一段時間的設備停下檢修，既減少了產量又增加了維修費用，造成所謂“過剩維修”，這對于現代化大型連續生產企業，其不合理性是明顯的。
        而以狀態監測為基礎的預知維修，是不規定檢修周期，但是要定期或連續地對設備進行狀態監測，并根據狀態監測和故障診斷的結果，查明設備有無劣化或故障征兆，再安排在必要時進行修理。它能在設備失效前檢測和診斷出所存在的故障，并可較準確地估計出連續運行的可靠時間，因而設備使用壽命最長，意外停機事故最少，還有因過剩維修受到控制，從而減少了備件消耗和維修工作量，也可防止因檢修而出現的人為故障，從而最終導致使維修費用最低。
        二、狀態監測與故障診斷技術的發展
        第一階段  狀態監測與故障診斷技術是近二十年發展起來的一門新興交叉學科，最初是依靠現場獲取設備運行時的感觀狀態（如異常震動、異常噪音、異常溫度、潤滑油液中是否含有磨削物等）并憑經驗或多位專家進行分析研究確定可能存在何種故障或故障隱患。
        第二階段  隨著測量以及測量儀器的深入研究發展，狀態監測逐步發展為依靠測量儀器測量設備的某些關鍵部位，以獲取參數（如頻率、振幅、速度、加速度、溫度等參數）并記錄下來，通過計算出某些固有參數與測量參數進行對比，確定故障點或故障隱患點，或者通過對某些參數多次測量的數值進行比較，依據其劣化趨勢確定其工作狀態(是否出現故障或故障隱患)。
        第三階段  隨著計算機的發展，軟件的開發，設備管理已進入計算機管理模式，狀態監測與故障診斷技術也發展到計算機時代，一些專用的狀態監測儀器（如數據采集器）不僅具有測量、記錄現場參數，還能進行一些簡單的數據分析處理，要作進一步的分析處理時，只需將數據采集器上的參數通過通訊線傳入計算機，計算機便能對這些數據作出綜合分析，并顯示出相關的圖譜如：倍頻譜圖、倒頻譜圖、時域頻譜圖、幅值圖等。并可通過計算機上的專家系統對所測的數據進行綜合評價（如設備是否該修理或還可使用多長時間后應修理）
        第四階段  隨著其他各門學科的進一步發展和計算機網絡技術的飛速發展，狀態監測域故障診斷技術方面的研究工作已進入深度和廣度發展的階段，研究工作從監測診斷系統的開發研制進入到診斷方法的研究；監測診斷手段由震動工藝參數的監測擴大到油液、扭矩、功率、甚至能量損耗的監測診斷；研究對象由旋轉機械擴展到發動機、工程施工機械以及生產線；時空范圍由當地監測診斷擴大到異地監測，即監測診斷網絡。
        三、狀態監測與故障診斷系統的分類及結構特點
        1、離線監測與診斷系統的結構特點
        離線診斷是故障診斷中的一種類型或一種工作模式，對設備運行狀態是定期地進行一次監測與診斷。從表面上看，“離線”與“在線”僅是工作方式的不同，但正是由于這種工作方式的區別，決定了應用場合和服務對象以及所采用技術的復雜程度的不同，從而形成了離線監測與診斷系統與在線系統在結構特點上有較大的差異，其次在分析功能上也存在一定差異。
        離線監測與診斷系統的工作方式通常是先在實驗室或計算機房通過計算機對數據采集器進行巡檢路徑組態設置，然后單獨將數據采集器帶到現場進行數據采集、存貯。待數據采集完畢后，再將數據采集器帶回實驗室與計算機聯機，然后將數據采集器中的數據上載到計算機并存入數據庫中進行集中管理和分析、處理。
        總體上講，離線監測與診斷系統相對在線系統而言要簡單的多，其系統基本構成如圖.1所示，離線系統由傳感器、動態數據采集器和微型計算機（包括監測、通訊、分析和診斷軟件）所組成，也稱T—C—PC機械故障巡檢系統，其中動態數據采集器與微型計算機通過RS-232C接口或其他專用接口連接，形成可分離的聯機系統。

                                                 圖1 離線監測與診斷系統的基本構成
        2、在線監測與診斷系統的結構特點
        在線監測與診斷是狀態監測與故障診斷中的另一種類型或工作模式，它是將傳感器永久安裝于測點上，并將傳感器采集的信號通過處理設備和傳輸設備直接傳輸到計算機，或專用分析與診斷儀器，對所測設備的技術狀態進行實時顯示和分析診斷，甚至可以將分析診斷結果接入設備的電器控制部分，一旦發現故障或所測參數超過報警范圍，計算機發出指令使電器控制部分作出停機操作以保護設備。其系統基本構成如圖2所示。與離線監測相比較起來能更及時的發現故障，但成本較高。

                                    圖2  在線監測與診斷系統的基本構成
        3、網絡監測與故障診斷的結構特點
        狀態監測與故障診斷系統還可以實現局域網絡管理和Internet網絡管理
        局域網絡管理是指在某一個固定的工廠企業或某個車間，建立一個局域網，使各個終端上的數據都能共享，從而實現管理者能夠在各自的辦公室看到有關設備管理員是否對指定設備進行了監測以及監測的結果和分析結論，以便作出正確的決策：設備繼續使用還是停機修理。
        Internet網絡管理是指設備上自帶監測系統及網絡通訊接口，或者將采集的數據通過網絡直接傳輸給設備生產廠家，讓生產廠家作出分析和故障診斷結果，并提供相應的建議。
        四、在設備管理中應用狀態監測與故障診斷技術的優點
        國內設備管理中采用診斷技術工作起步較晚，但也有許多成功的例子，概括地講，應用診斷技術，實行以狀態監測為主的維修制度有以下優點：
       （1）避免“過剩維修”，防止因不必要的拆卸使設備精度降低，延長設備壽命
       （2）減少維修時間，提高生產效率和經濟效益。
       （3）減少和避免重大事故發生，故不僅能獲得巨大經濟效益，而且能獲得很好的社會效益。
       （4）降低維修費用

        結束語
        綜上所說，我們可以得出結論，對于現代化設備來說，不出故障是很難做到的，問題在于早期發現，防患于未然，而以時間為基礎的定期維修方式必然要過渡到以狀態為基礎的狀態監測維修制度。因為按狀態維修產生的經濟效益是十分驚人的，有“無形的財富”和“被遺忘的利潤”之稱。